弹性箔片气体动压推力轴承的静动态特性和热特性研究

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1、学校代号10532学号S12021018分类号TH133.37密级公开硕士学位论文弹性箔片气体动压推力轴承的静动态特性和热特性研究学位申请人姓名刘良军培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称冯凯教授学科专业机械工程研究方向流体动力润滑论文提交日期2015年5月26日学校代号：10532学号：S12021018密级：公开湖南大学硕士学位论文弹性箔片气体动压推力轴承的静动态特性和热特性研究学位申请人姓名：刘良军导师姓名及职称：冯凯教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2015年5月26日论文答辩日期

2、：2015年6月2日答辩委员会主席：程军圣教授TheoreticalConsiderationsofHydrodynamicandThermalCharacteristicsofGasFoilThrustBearingsbyLIULiangjunB.E.(ShenyangLigongUniversity)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalEnginee

3、ringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorFENGKaiMay,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑垂声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独义进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加杨注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中臥明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：都罕日期：如３年《月ＳＵ学位论文版权

4、使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规巧，同意学校保留并向國家有关部口或机构送交论文的裝印件和电子版，化许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可ＬＩ将本学位论文的全部或部分巧容编入有关数据库进行检索，可灿巧用影印、缩印或巧描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密□，在年解密后适用本授权书。２、不保密囚。请在上相应方框＂内打Ｓ（）作者签名：穿良蔓曰期：主。巧年＾月Ｓ曰Ｊ导师签名：：方夸家化／日期＾化年６月多日弹性箔片气体动压推力轴

5、承的静动态特性和热特性研究摘要弹性箔片气体动压轴承是一种以柔性表面为支承的自作用式气体动压轴承。箔片气体轴承在无油涡轮机械和空气循环机中得到了广泛的应用。弹性箔片气体动压推力轴承为现代无油涡轮机械转子系统提供轴向支承，降低了维护成本和整个系统的质量。为了将箔片气体推力轴承应用到高速、重载的旋转机械系统中，在设计时需要考虑由涡轮端和压缩机两端的压力差产生的轴向力。转子上的推力盘一般用来承载轴系所受的轴向力以及保持转子在转子—轴承系统中的姿态。目前，与箔片气体动压径向轴承相比，箔片气体动压推力轴承的流体动力润滑研究相对滞后。

6、因此，本文通过建立理论模型，对箔片气体动压推力轴承的流体润滑特性和热特性进行了研究。在分析弹性箔片气体动压轴承润滑性能的理论模型中，需要考虑流体动压效应和轴承表面变形的流固耦合效应。本文采用link-spring模型计算波箔片的等效垂直刚度。该模型详尽考虑了波箔片的弹性、相邻波形突起的相互作用力以及各接触表面之间的摩擦力。同时，由于顶箔的变形会引起气膜厚度的变化，本文采用有限元法中的壳单元模拟顶箔的受力变形。采用有限差分法求解稳态Reynolds方程和通过扰动法处理非定常状态下的Reynolds方程获得的两个动态系数扰动

7、方程，求得轴承的静态特性和动态特性参数。在求解过程中，在气膜厚度方程中考虑了箔片结构的受力变形。将理论计算的轴承承载能力与已公开文献的相关实验数据进行对比，二者吻合得很好，从而验证了本文所建立模型的正确性。另外，本文还研究了转速、初始最小气膜厚度、气体入口区和出口区的膜厚比等工作参数，波箔片的结构参数以及转子不对中对轴承性能的影响，为轴承的设计提供了一定的理论依据。在正常工作时，转子和轴承表面间的润滑气膜中存在粘性剪切作用以及润滑气体受压缩做功，会导致气膜的温度升高。轴承的温升对轴承的性能有非常大的影响。因此，本文通过考

8、虑转子—推力轴承系统的流体动力润滑、热效应和热膨胀的影响，建立了由广义的雷诺方程、膜厚方程、能量方程、粘度方程、固体热传导方程和固体热膨胀方程联立得到的转子—推力轴承系统的三维热流体动力润滑模型，对轴承的热特性进行了研究。通过理论分析预测轴承内部的温度场为箔片气体推力轴承的温度管理提供了重要的设计指导。关键词：弹性箔